高考物理大一輪復(fù)習(xí) 第十四章 實驗十六 驗證動量守恒定律

高考物理大一輪復(fù)習(xí)第十四章實驗十六驗證動量守恒定律課件第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六[實驗?zāi)康腯驗證碰撞中的動量守恒。[實驗原理]知識梳理在一維碰撞中,測出相碰的兩物體的質(zhì)量m1和m2及碰撞前、后兩物體的

速度v1、v2及v1'、v2',找出碰撞前的動量p=m1v1+m2v2及碰撞后的動量p'=m1

v1'+m2v2',看碰撞前、后動量是否守恒。第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六[實驗器材]方案一氣墊導(dǎo)軌、光電計時器、天平、滑塊(兩個)、重物、彈簧片、

細繩、彈性碰撞架、膠布、撞針、橡皮泥。方案二帶細線的擺球(兩套)、鐵架臺、天平、量角器、坐標紙、膠布

等。方案三光滑長木板、打點計時器、紙帶、小車(兩個)、天平、撞針、

橡皮泥。方案四斜槽、大小相等質(zhì)量不同的小球兩個、重垂線一條、白紙、

復(fù)寫紙、天平、刻度尺、圓規(guī)、三角板。第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六[實驗步驟]方案一利用氣墊導(dǎo)軌完成一維碰撞實驗(1)測質(zhì)量:用天平測出滑塊質(zhì)量。(2)安裝:正確安裝好氣墊導(dǎo)軌。(3)實驗:接通電源,利用配套的光電計時裝置測出兩滑塊各種情況下碰撞

前后的速度(①改變滑塊的質(zhì)量;②改變滑塊的初速度大小和方向)。(4)驗證:一維碰撞中的動量守恒。方案二利用等長懸線懸掛大小相等的小球完成一維碰撞實驗第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六(1)測質(zhì)量:用天平分別測出兩小球的質(zhì)量m1、m2。(2)安裝:把兩個大小相等的小球用等長懸線懸掛起來。(3)實驗:一個小球靜止,拉起另一個小球,放下時它們相碰。(4)測速度:可以測量小球被拉起的角度,從而算出碰撞前對應(yīng)小球的速

度,測量碰撞后小球擺起的角度,算出碰撞后對應(yīng)小球的速度。(5)改變條件:改變碰撞條件,重復(fù)實驗。(6)驗證:一維碰撞中的動量守恒。方案三在光滑長木板上兩車碰撞完成一維碰撞實驗(1)測質(zhì)量:用天平分別測出兩小車的質(zhì)量。(2)安裝:將打點計時器固定在光滑長木板的一端,把紙帶穿過打點計時第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六器,連在小車的后面,在兩小車的碰撞端分別裝上撞針和橡皮泥。(3)實驗:接通電源,讓小車A運動,小車B靜止,兩車碰撞時撞針插入橡皮泥

中,把兩小車連接成一體繼續(xù)向前運動。(4)測速度:通過紙帶上兩計數(shù)點間的距離及時間由v=

算出速度。(5)改變條件:改變碰撞條件,重復(fù)實驗。(6)驗證:一維碰撞中的動量守恒。方案四利用等大小球做平拋運動完成一維碰撞實驗(1)先用天平測出小球質(zhì)量m1、m2。(2)按圖中那樣安裝好實驗裝置,將斜槽固定在桌邊,使槽的末端點切線水第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六平,把被碰小球放在斜槽前邊的小支柱上,調(diào)節(jié)實驗裝置使兩小球碰撞時

處于同一水平高度,且碰撞瞬間,入射球與被碰球的球心連線與軌道末端

的切線平行,以確保正碰后的速度方向水平。第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六(5)先不放被碰小球,讓入射球從斜槽上同一高度處滾下,重復(fù)10次,用圓

規(guī)畫盡可能小的圓把所有的小球落點圈在里面。圓心就是入射小球不

碰撞時的落地點P。(6)把被碰小球放在小支柱上,讓入射小球從同一高度滾下,使它們發(fā)生正

碰,重復(fù)10次,仿步驟5找出入射小球落點的平均位置M和被碰小球落點的

平均位置N。(7)過O、N在紙上作一直線,取

=2r,O'就是被碰小球碰撞時的球心投影位置(用刻度尺和三角板測小球直徑2r)。(8)用刻度尺量出線段

、

、

的長度,把兩小球的質(zhì)量和長度數(shù)值代入m1

=m1

+m2

看是否成立。(3)在地面上鋪一張白紙,白紙上鋪放復(fù)寫紙。(4)在白紙上記下重垂線所指的位置O,它表示入射小球m1碰前的位置。第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六[數(shù)據(jù)處理](1)速度的測量方案一滑塊速度的測量:v=

,式中Δx為滑塊上擋光片的寬度(儀器說明書上給出,也可直接測量),Δt為數(shù)字計時器顯示的滑塊上擋光片經(jīng)過光

電門的時間。方案二擺球速度的測量:v=

,式中h為小球釋放時(或碰撞后擺起的)高度,h可用刻度尺測量(也可由量角器和擺長計算出)。方案三小車速度的測量:v=

,式中Δx是紙帶上兩計數(shù)點間的距離,可用刻度尺測量,Δt為小車經(jīng)過Δx距離的時間,可由打點間隔算出。第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六(2)驗證的表達式m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2'。方案四驗證的表達式m1

=m1

+m2

[注意事項]1.前提條件碰撞的兩物體應(yīng)保證“水平”和“正碰”。第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六2.方案提醒(1)若利用氣墊導(dǎo)軌進行實驗,調(diào)整氣墊導(dǎo)軌時,注意利用水平儀確保導(dǎo)軌水

平。(2)若利用擺球進行實驗,兩小球靜放時球心應(yīng)在同一水平線上,且兩球剛好

接觸,擺線豎直,將小球拉起后,兩條擺線應(yīng)在同一豎直面內(nèi)。(3)若利用長木板進行實驗,可在長木板下墊一小木片用以平衡摩擦力。(4)若利用斜槽進行小球碰撞應(yīng)注意:①斜槽末端的切線必須水平;②入射小球每次都必須從斜槽上同一高度由靜止釋放;③選質(zhì)量較大的小球作為入射小球;④實驗過程中實驗桌、斜槽、記錄的白紙的位置要始終保持不變。第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六3.探究結(jié)論尋找的不變量必須在各種碰撞情況下都不改變。[誤差分析]1.系統(tǒng)誤差主要來源于裝置本身(是否符合要求)。(1)碰撞是否為一維碰撞。(2)實驗是否滿足動量守恒的條件,如氣墊導(dǎo)軌是否水平,兩球是否等大,長

木板實驗時是否平衡掉摩擦力。2.偶然誤差主要來源于質(zhì)量m和速度v的測量。第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六1.如圖甲所示,在水平光滑軌道上停著甲、乙兩輛實驗小車,甲車系一穿過

打點計時器的紙帶,啟動打點計時器甲車受到一水平向右的沖量。運動一

段距離后,與靜止的乙車發(fā)生正碰并粘在一起運動。

第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六紙帶記錄下碰撞前甲車和碰撞后兩車運動情況如圖乙所示,電源頻率為50

Hz,則碰撞前甲車運動速度大小為

m/s,甲、乙兩車的質(zhì)量之比m甲∶

m乙=

。

答案

0.6

2∶1

解析由圖乙可得碰前甲車的速度為v1=

m/s=0.6m/s碰后兩車的共同速度v2=

m/s=0.4m/s由動量守恒定律有m甲v1=(m甲+m乙)v2由此得甲、乙兩車的質(zhì)量之比

=

=

=

第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六2.某同學(xué)利用打點計時器和氣墊導(dǎo)軌做“驗證動量守恒定律”的實驗,氣

墊導(dǎo)軌裝置如圖甲所示,所用的氣墊導(dǎo)軌裝置由導(dǎo)軌、滑塊、彈射架等組

成。在空腔導(dǎo)軌的兩個工作面上均勻分布著一定數(shù)量的小孔,向?qū)к壙涨?/p>

內(nèi)不斷通入壓縮空氣,空氣會從小孔中噴出,使滑塊穩(wěn)定地漂浮在導(dǎo)軌上,

這樣就大大減小了因滑塊和導(dǎo)軌之間的摩擦而引起的誤差。第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六③把打點計時器固定在緊靠氣墊導(dǎo)軌左端彈射架的外側(cè),將紙帶穿過打點

計時器(未畫出)與彈射架并固定在滑塊1的左端,調(diào)節(jié)打點計時器的高度,直

至滑塊拖著紙帶移動時,紙帶始終在水平方向;④使滑塊1擠壓導(dǎo)軌左端彈射架上的橡皮繩;⑤把滑塊2放在氣墊導(dǎo)軌的中間;⑥先

,然后

,讓滑塊帶動紙帶一起運動;⑦關(guān)閉電源,取下紙帶,重復(fù)步驟④⑤⑥,選出理想的紙帶如圖乙所示;⑧測得滑塊1的質(zhì)量為310g,滑塊2(包括橡皮泥)的質(zhì)量為205g。完善實驗步驟⑥的內(nèi)容。(2)已知打點計時器每隔0.02s打一個點,計算可知兩滑塊相互作用以前系(1)下面是實驗的主要步驟:①安裝好氣墊導(dǎo)軌,調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌的調(diào)節(jié)旋鈕,使導(dǎo)軌水平;②向氣墊導(dǎo)軌空腔內(nèi)通入壓縮空氣;第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六統(tǒng)的總動量為

kg·m/s;兩滑塊相互作用以后系統(tǒng)的總動量為

kg·m/s(保留三位有效數(shù)字)。(3)試說明(2)中兩結(jié)果不完全相等的主要原因是:

。

答案

(1)接通打點計時器的電源放開滑塊1(2)0.620

0.618(3)紙帶與打點計時器限位孔間有摩擦

解析

(1)實驗時應(yīng)先接通打點計時器的電源,再放開滑塊1。(2)作用前系統(tǒng)的總動量為滑塊1的動量p0=m1v0v0=

m/s=2m/s,p0=0.310×2kg·m/s=0.620kg·m/s第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六作用后系統(tǒng)的總動量為滑塊1和滑塊2的動量和,且此時兩滑塊具有相同的

速度v,v=

m/s=1.2m/s,p=(m1+m2)v=(0.310+0.205)×1.2kg·m/s=0.618kg·m/s(3)存在誤差的主要原因是紙帶與打點計時器限位孔間有摩擦。第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六3.氣墊導(dǎo)軌上有A、B兩個滑塊,開始時兩個滑塊靜止,它們之間有一根被壓

縮的輕質(zhì)彈簧,滑塊間用繩子連接(如圖甲所示),繩子燒斷后,兩個滑塊向相

反方向運動,圖乙為它們運動過程的頻閃照片,頻閃的頻率為10Hz,由圖可

知:

(1)A、B離開彈簧后,應(yīng)該做

運動,已知滑塊A、B的質(zhì)量分別為200第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六g、300g,根據(jù)照片記錄的信息,從圖中可以看出閃光照片有明顯與事實不

相符合的地方是

。(2)若不計此失誤,分開后,A的動量大小為

kg·m/s,B的動量大小為

kg·m/s,本實驗中得出“在實驗誤差允許范圍內(nèi),兩滑塊組成的系

統(tǒng)動量守恒”這一結(jié)論的依據(jù)是

。

答案

(1)勻速直線

A、B兩滑塊各自的第一個間隔(2)0.018

0.018

A、B兩滑塊作用前后總動量相等,均為零

解析

(1)A、B離開彈簧后因水平方向不再受外力作用,所以均做勻速直線運動,在離開彈簧前A、B均做加速運動,A、B兩滑塊各自的第一個間隔第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六應(yīng)該比后面勻速時的間隔的長度小。(2)周期T=

=0.1s,v=

,由圖知A、B勻速時速度分別為vA=0.09m/s,vB=0.06m/s,分開后A、B的動量大小均為p=0.018kg·m/s,方向相反,滿足動量守恒,

系統(tǒng)的總動量為零。第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六4.如圖是用來驗證動量守恒的實驗裝置,彈性球1用細線懸掛于O點,O點正

下方桌子的邊沿有一豎直立柱。實驗時,調(diào)節(jié)懸點,使彈性球1靜止時恰與

立柱上的球2接觸且兩球等高。將球1拉到A點,并使之靜止,同時把球2放在

立柱上。釋放球1,當它擺到懸點正下方時與球2發(fā)生對心碰撞,碰后球1向

左最遠可擺到B點,球2落到水平地面上的C點。測出有關(guān)數(shù)據(jù)即可驗證1、

2兩球碰撞時動量守恒?，F(xiàn)已測出A點離水平桌面的距離為a、B點離水平

桌面的距離為b,C點與桌子邊沿間的水平距離為c。此處,第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六

(1)還需要測量的量是

、

和

。(2)根據(jù)測量的數(shù)據(jù),該實驗中動量守恒的表達式為

(忽略小球的大小)。

答案

(1)彈性球1、2的質(zhì)量m1、m2立柱高h桌面高H(2)2m1

=2m1

+m2

第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六

解析

(1)要驗證動量守恒必須知道兩球碰撞前后的動量變化,根據(jù)彈性球1碰撞前后相對于桌面的高度a和b,由機械能守恒可以求出其碰撞前后

的速度,故只要再測量彈性球1的質(zhì)量m1,就能求出彈性球1的動量變化;根

據(jù)平拋運動的規(guī)律只要測出立柱高h和桌面高H就可以求出彈性球2碰撞

前后的速度變化,故只要測量彈性球2的質(zhì)量m2和立柱高h、桌面高H就能

求出彈性球2的動量變化。(2)根據(jù)(1)的解析可以寫出動量守恒的方程2m1

=2m1

+m2

第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六一、實驗原理與操作重難突破典例1某同學(xué)用如圖所示的裝置做“驗證動量守恒定律”的實驗。先將

a球從斜槽軌道上某固定點處由靜止開始滾下,在水平地面上的記錄紙上

留下壓痕,重復(fù)10次;再把同樣大小的b球放在斜槽軌道末端水平段的最右

端靜止放置,讓a球仍從原固定點由靜止開始滾下,和b球相碰后,兩球分別

落在記錄紙的不同位置處,重復(fù)10次。第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六(1)(多選)本實驗必須測量的物理量是

。(填序號字母)A.斜槽軌道末端到水平地面的高度H第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六B.小球a、b的質(zhì)量ma、mbC.小球a、b的半徑rD.小球a、b離開斜槽軌道末端后平拋飛行的時間tE.記錄紙上O點到A、B、C各點的距離OA、OB、OCF.a球的固定釋放點到斜槽軌道末端水平部分間的高度差h(2)根據(jù)實驗要求,ma

mb(填“大于”、“小于”或“等于”)。(3)放上被碰小球后,兩小球碰后是否同時落地?如果不是同時落地,對實驗

結(jié)果有沒有影響?(不必做分析)(4)為測定未放小球b時,小球a落點的平均位置,把刻度尺的零刻線跟記錄紙第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六上的O點對齊,如圖給出了小球a落點附近的情況,由圖可得OB距離應(yīng)為

cm。

(5)按照本實驗方法,驗證動量守恒的驗證式是

。

解析

(1)必須測量的物理量有兩小球的質(zhì)量ma、mb,各落地點A、B、C到O點的距離OA、OB、OC,故B、E正確。(2)為使a球碰b球后不反彈,且兩球均能飛出,必須有ma>mb。(3)b球被碰飛出后,a球還要在水平段運動一小段距離,因此,b球先落地,但不第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期六影響實驗結(jié)果。(4)a落點位置的范圍大致在45.85cm~46.05cm,中心位置大約在45.95cm

處。(5)若動量守恒,應(yīng)有mava=mava'+mbvb'va是小球a單獨下落離開軌道時的速度,va'、vb'是兩球碰后離開軌道時的速

度,又v=

,則有ma·

=ma·

+mb·

得maOB=maOA+mbOC

答案

(1)BE

(2)大于

(3)b球先落地,對實驗結(jié)果無影